Кратък аудионаръчник - глава 5 - Как работят тонколоните

Както знаете звука пътува под формата на трептения, които чуваме различно според техните амплитуда и честота на вълната. Също знаем че микрофоните улавят трептенията и ги превръщат в ел. Импулси и записващите устройства записват тези импулси на даден носител. Плейърите, разчитат носителя и информацията от него се превръща в импулси. Остава тези импулси да се превърнат в трептения, и тук идва мястото на тонколоните. Те вземат импулсите и ги превръщат в трептения – звукови вълни. Когато всичко е наред, тонколоните пресъздават почти същите вибрации и трептения които микрофона е уловил и е предал на записващото устройство да запише. Тонколоните го правят като използват различен брой говорители. Създаване на звук - мембрана

Говорителя създава звук с бързи трептения на мембрана направена от хартия, картон, пластмаса, във формата на конус, който откъм широката си страна е закачен за рамката на говорителя посредством еластична връзка. На тясната страна на конуса, има намотка, и втори еластичен пръстен който държи конуса на място и му позволява да се движи само напред и назад.

Създаване на звук - намотка

Тази намотка се намира около сърцевина от желязо, подобно на електромагнита. Около намотката се намира кръгъл постоянен магнит, който създава постоянно магнитно поле. Когато през намотката мине ток тя се намагнетизира и това намагнетизиране я кара да излезе напред, или да се прибере, защото магнитното поле на постоянния магнит и магнитното поле на намотката си влияят. Когато посоката на тока се обърне, се обръщат полюсите на магнитното поле. И ако преди това намотката е била избутвана, сега ще бива издърпвана и обратно. Силата на тока определя амплитудата на трептене и силата на звука а честотата с която полюсите се сменят, определя честотата на звука който се издава. НА самата тонколона има 2 извода обикновено маркирани с червено и черно. Усилвателя постоянно променя импулсите по червения проводник, между положителни и отрицателни, а черният играе ролята на маса. Използвайки свойството на правия ток електроните да се придвижват от отрицателния към положителния полюс, подобно обръщане на сигнала в червеният проводник успешно обръща посоката на потока през намотката, и от там намотката променя магнитното си поле много пъти в секунда.

Създаване на звук - Магнити

Та как промените в намотката я карат да се движи? Електромагнита създават от намотката е разположен в магнитно поле създавано от кръгъл постоянен магнит. Когато през намотката тече ток, та се превръща в електромагнит и си взаимодейства с магнита, както нормално си въздействат 2 магнита. Използва се свойството на магнитите да се отблъскват когато 2 еднакви полюса са насочени един към друг и да се привличат когато противоположни полюси са насочени един към друг. Той като полюсите на постоянният магнит са постоянни и не се сменят, движението се постига с обръщането на поляритета на електромагнита създаван от намотката, като променя посоката на тока, който се пуска през намотката. По този начин се променят полюсите на електромагнита създаван от намотката, и тя се движи бързо напред и назад като бутало. Тази Намотка е закачена за мембраната и движи мембраната, а мембраната създава трептенията във въздуха според тока който се подава на намотката. Ако разликата е в силата на тока, тогава намотката изминава по-дълъг или по-къс път, тя съответно движи мембраната с по-голяма амплитуда – мембраната изминава по-голям път – това определя силата на звучене. Когато полюсите през намотката се сменят по-често, намотката се движи по-бързо, и движи мембраната по-бързо. Това определя честотата на звуковата вълна създавана от мембраната.

Основни видове говорители.

Въпреки че всички говорители работят на един и същи принцип, конструкцията им като плътност, маса и размер на мембраната определят техните основни показатели. Обикновено в Тонколоните се използват няколко говорителя които работят едновременно но покриват различни честотни диапазони. Идеята е колкото повече различни говорители звучат, толкова повече честоти звучат едновременно и звука е по-пълен. Основните видове говорители са 3 и всеки от тях си има свои характеристики и особености, които ги правят най-добри за пресъздаването на един определен диапазон:

Говорители за ниски честоти те са най-големите, и са специално проектирани да изсвирват ниските честоти. Тяхната мембрана е голяма, плътна, тежка. Мембраната се движи с ниски честоти и голяма амплитуда

Говорители за средните честоти, те са значително по-малки от говорителите за ниски, но по-големи от говорителите за високи честоти. Конструкцията им, и мембраната им е такава че най-добре да изсвирва средните честоти. Мембраната се движи със средни честоти и средно голяма амплитуда.

Говорители за високи честоти. Тези говорители са най-малките, и са с лека и тънка мембрана, специално правени за изсвирване на високи честоти, конструкцията позволява мембраната да се движи много бързо. Мембраната се движи с малка амплитуда и високи честоти.

Широколентови говорители – се срещат в телевизорите, евтините радиа. Особеното при тях е че те те сапроектирани да изкарват пълният диапазон. Според някои хора са най-доброто, според други не си струват, защото смесват всичко, асо мен питате – пробвайте ги, и вижте резултатите, ако ви харесва ползвайте си ги, ако не ви хареса – не ги ползвайте.

За да се постигне високо качество в целия диапазон, това няма да стане с един говорител, за това трябват 3 говорителя в обща кутия, в която всеки говорител си зсвири в свой диапазон и е отделен в собствен обем от останалите. За да може това да стане, трябва сигналът да се раздели на части, според диапазона им ниски, средни и високи. Това се постига с филтрите за колони. Най-честият тип е пасивен – не му трябва външен източник на енергия, и е така проектира че да работи със сигнала. Този тип филтри използват индуктори и кондензатори, с определени свойства, които са добри проводници в определен диапазон и лоши проводници в друг диапазон, така се разделят импулсите кой към кой говорител да отиде. В частност кондензаторите са добри проводници над определен диапазон и те определят долната граница, а индукторите са добри проводници под определен диапазон, те определят горната граница. Когато сигналът постъпва в колоната първо минава през филтъра, филтъра го пропуска само през този изход чиито диапазон е определен между границите на кондензаторите и индукторите, и отива в съответният говорител. Има и активни филтри. Активните филтри стоят като стъпало между усилвателя и плейъра/еквалайзера. Те приемат сигнала, и го делят на ниски, средни и високи, като за сигнала после трябват 3 отделни усилвателя – за ниски, за средни, за високи. Едното от предимствата е че можете да нагласите диапазона за ниски, средни и високи, което за пасивният значи да се пре-запояват кондензаторите и индукторите. За активните филтри трябват и тонколони, с 3 групи изводи за усилватели – за ниски средни и високи. Това е МНОГО скъп вариант, и е варианта който дава най-високото възможно качество. Повечето филтри са пасивни, и те са вградени вътре в корпуса на колоната, и от едно място, разпределят вече усиленият сигнал към трите говорителя.

Видове тонколони

В повечето случаи, говорителите и филтрите са затворени в кутия в която има звукопоглъщаща материя. Филтъра стои най-отзад зад звукопоглъщаща материя. Тези кутии изпълняват разни роли правят много по-лесно свързването и наместването на тонколоните. Всички елементи соят вътре в кутията, надеждно хванати всяко на точното място, за да се получи максимален резултат. Кутиите се правят от тежко солидно дърво, за да може да държи на място говорителя и да не му позволява да вибрира. Ако просто сложите свирещият говорител на масата, той целият ще вибрира и това ще намали силата му на звучене. И накрая но не и по важност, мембраната трептейки тя създава звукови вълни не само пред нея, но и зад нея, за това различните видове кутии за колони, още известни като кабинети, играят важна роля в това какво ще е крайното звучене, защото по различен начин се справят с вълните от задната страна на мембраната.

Запечатани

При тези колони, цялата система е запечатана, и те не са толкова ефективни от гледна точка на силата, защото трябва по-силен сигнал за да може мембраната да вибрира и да се справя с налягането вътре в колоната. Когато мембраната се връща към колоната, тя сгъстява въздуха, когато излиза напред, тя го разрежда. Тези колони не са толкова ефективни като сила на звучене, но пък използвайки въздуха, като средство да държи мембраната там където и е мястото във всеки един момент, този тип колони дават по-прецизен и достоверен звук.

Дизайн с бас рефлектор (порт)

Този тип кабинет предлага възможността да се измества въздуха от задната страна на мембраната, да излиза и влиза свободно като по този начин през бас рефлектора излизат и звуковите вълни от задната част на мембраната. Общо взето този тип кабинет предлага сила на звучене за сметка на качеството. Тъй като няма какво да регулира позицията на мембраната, та вибрира свободно. Когато мембраната вибрира, звуковата вълна от задната страна, излиза през дупката.

Двойни мембрани.

Този тип тонколони са по-особени. Те имат 2 говорителя, един активен и един пасивен. Пасивният е нещо подобно на активният но е само мембраната, без намотки без магнити, без терминали за да се свърже към филтъра и усилвателя той вибрира с разликите в налягането което активният говорител създава. Пасивният е резонатор на основния - активния. Работата му е да подчертае активния. Когато активният говорител се прибира, налягането расте, и това избутва пасивния и когато активният излиза напред, налягането намалява и пасивният се прибира. Този тип колони използват това че при трептентето на мембраната, се създава звукова вълна както от предната, така и задната страна на акитваната мембрана, и пасивната резонира със звуковата вълна от задната страна на мембраната на активният говорител. Този тип тонколони предлагат прецизното звучене на запечатаните и силното звучене на колоните с бас рефлектор. Тук недостатъка е че това са капризни колони, и трудно се поддържат, за това са рядко срещани.

Алтернативни технологии за говорители

Въпреки че традиционните динамични говорители са доминиращият тип, Алтернативните технологии за говорители си имат своите силни и слаби страни. Поради тази причина, често се използват в комбинация с обикновените говорители. Сред алтернативните, най популярният дизайн е електростатичният. Тези колони, работят като използват голяма мембрана която се наелектризира и трепти между 2 панела, единият наелектризиран положително а другият отрицателно когато на трептящата мембрана попада отрицателен заряд, та се отблъскват отрицателно наелектризираният панел и се приближава към положително наелектризираният палел и обратно. Тънката и лека мембрана много бързо и прецизно реагира, за това звука който създава е много точен и прецизен. Недостатъка е че мембраната има малка амплитуда на трептене, и това я прави неподходяща за ниските честоти. Поради тази причина, тя идва с класически говорител който свири ниските честоти. Другият проблем е че тази колона задължително трябва да е включена в контакта, иначе няма да свири, а това прави разположени нето им трудно. Дори да използвате удължители, може и да ги наместите както искате, ама после не ме обвинявайте като почнете да се спъвате в прекалено много кабели и от това спъвате сте изскубнали някой кабел.

Друг подобен дизайн е Магнитен. Работят по подобен начин, но представляват метална пластина, между 2 магнита, през която тече ток. Тока дава магнитни свойства на пластината и тя вибрира между магнитите. Подобно на електростатичните тук имаме същият проблем с малката амплитуда на трептене и същият проблем с ниските. И тук отново те се използват в комбинация с класическите, защото ги бива само в изсвирването само на високите но не и на ниските заради малката амплитуда на пластината. Като цяло обаче най-сполучлива и масова е класическата технология за говорители.